DE69204563T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung wässrigen Eisenchloridlösungen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wäßrigen Eisenchloridlösungen.
• Um wäßrige Eisenchloridlösungen herzustellen, wird in dem Dokument GB-A- 734081 (THE UNITED STEEL COMPANIES LTD) vorgeschlagen, ein Eisenmineral(erz) in einer wäßrigen Salzsäurelösung aufzulösen und anschließend die gebildete wäßrige Suspension über einen Filter zu behandeln, um daraus die unlöslichen Stoffe, die sie enthält, zu entfernen. Bei diesem bekannten Verfahren bilden die unlöslichen Stoffe der Suspension die Gangart des Minerals(Erzes) und ihr Volumen ist bedeutend, was Filter mit großer Kapazität erfordert.
• In dem Dokument GB-A-409847 (PETER SPENCE & SONS, LTD) wird ein Ilmenitmineral(erz) in Form eines Teilchenbetts auf einem Gitter eingesetzt, und ein Salzsäurestrom wird durch das Bett gefiltert. Bei diesem bekannten Verfahren gehen das Eisen und das Titan des Minerals(Erzes) in Lösung und die unlöslichen Stoffe der Gangart des Minerals(Erzes) werden mit der Lösung mitgeführt, was zu dem oben dargelegten Nachteil führt. Außerdem werden die Mineral(Erz)teilchen, die noch Eisen- und Titanoxid enthalten, unvermeidlicherweise mitgeschleppt und mit den unlöslichen Stoffen abgeführt, was die Ausbeute des Verfahrens negativ beeinträchtigt.
• Die Erfindung hat das Ziel, dem oben erwähnten Nachteil abzuhelfen, indem sie ein neues Verfahren zur Herstellung von wäßrigen Eisenchloridlösungen aus Eisenoxidmineralien(erzen) liefert, das in kontinuierlicher Weise durchgeführt werden kann, das die Abtrennung der unlöslichen Stoffe erleichtert und das eine im Vergleich zu der von bekannten Verfahren verbesserte Ausbeute aufweist.
• Folglich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von wäßrigen Eisenchloridlösungen, bei dem man eine wäßrige Salzsäurelösung durch ein Bett aus Teilchen eines Eisenoxidminerals(erzes) strömen läßt; gemäß der Erfindung unterwirft man die wäßrige Salzsäurelösung einer aufsteigenden Zirkulation durch das Bett, gewinnt man aus dem Bett eine Suspension von Mineral(Erz)teilchen in einer wäßrigen Eisenchlorid lösung, behandelt man die Suspension, um daraus die Teilchen zu extrahieren, gewinnt man die Teilchen und die Eisenchloridlösung getrennt und führt man die Teilchen in die wäßrige Salzsäurelösung zurück.
• Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung muß das Eisenmineral(erz) ein Oxidmineral(erz) sein. Bevorzugt wird ein Hematitmineral(erz) verwendet, so wie diejenigen, die in der Eisen- und Stahlindustrie verwertet werden. Das Mineral(Erz) kann so wie es vorliegt, oder nachdem es einem Arbeitsgang der Eisenoxidanreicherung unterworfen wurde, verwendet werden. Vorteilhafterweise wird ein Mineral(Erz) mit 96 Gew.-% Hematit verwendet, so wie diejenigen, die in den in Südamerika gelegenen Lagerstätten abgebaut werden.
• Das Mineral(Erz) wird in Form eines Teilchenbetts eingesetzt. Dieses ist im allgemeinen ein Festbett. Es ist erwünscht, ein sortiertes Mineral(Erz) zu verwenden, das eine enge Korngrößenverteilung aufweist. Diese ist durch die Arbeitsbedingungen des Verfahrens, insbesondere durch die Steiggeschwindigkeit der Salzsäurelösung durch das Bett festgelegt. Beispielsweise wird empfohlen, ein Mineral(Erz) zu verwenden, dessen mittlere durch Siebung bestimmte Korngröße zwischen 1 und 10 mm oder zwischen 3 und 30 mm liegt.
• Die Herkunft und die Konzentration der Salzsäurelösung sind nicht kritisch. In dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendbare wäßrige Lösungen sind diejenigen, deren Gewichtsgehalt an Salzsäure höher als 20%, vorzugsweise wenigstens 26% ist. Die wäßrigen Lösungen mit 34% Salzsäure weisen den Vorteil auf, den direkten Erhalt von kommerziellen wäßrigen Lösungen zu erlauben, die 40 Gew.-% Eisenchlorid enthalten.
• Die Temperatur in dem Bett muß ausreichend sein, um die Reaktion des Eisenoxids mit der Salzsäure einzuleiten. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, in dem Bett eine Temperatur von mehr als 50 ºC, vorzugsweise von wenigstens 75 ºC, zu realisieren. Es ist jedoch ratsam, zu hohe Temperaturen zu vermeiden, die zur Bildung von großen Mengen an Chlorwasserstoffdämpfen führen würden. Die Temperaturen zwischen 75 und 150 ºC werden infolgedessen empfohlen. Im Fall von hohen Temperaturen ist es erwünscht, bei einem Druck, der höher als der Atmosphärendruck ist, zu arbeiten.
• Während ihrem Durchgang durch das Bett reagiert die Salzsäurelösung mit dem Eisenoxid des Minerals(Erzes), wobei Eisenchlorid, das in Lösung geht, gebildet wird. Auf diese Weise erhält man eine wäßrige Eisenchloridlösung. Die Eisenchloridlösung führt feine Mineral(Erz)teilchen mit. Diese stammen aus dem Abrieb der Mineral(Erz)teilchen und der Zerkleinerung derselben im Verlauf der Reaktion des Eisenoxids mit der Salzsäure, und sie enthalten im allgemeinen eine nicht vernachlässigbare Menge an Eisenoxid. Infolgedessen gewinnt man am Ausgang des Betts eine Suspension von Mineral(Erz)teilchen in einer wäßrigen Eisenchloridlösung. Gemäß der Erfindung wird diese wäßrige Suspension behandelt, um daraus die wäßrige Eisenchloridlösung einerseits und die Mineral(Erz)teilchen andererseits getrennt zu entnehmen, und diese Mineral(Erz)teilchen werden vor dem Mineral(Erz)bett in die wäßrige Salzsäurelösung zurückgeführt. Die Extraktion der Mineral(Erz)teilchen aus der wäßrigen Suspension kann durch jedes geeignete mechanische Abtrennmittel ausgeführt werden, beispielsweise durch Dekantieren, Zentrifugieren oder Filtrieren.
• In der vorliegenden Beschreibung sind die Begriffe "vor" und "nach" in Bezug auf die Strömungsrichtung der wäßrigen Salzsäurelösung, der Suspension oder der wäßrigen Eisenchloridlösung definiert.
• In einer anderen speziellen Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die wäßrige Eisenchloridlösung, die nach der Extraktion der Mineral(Erz)teilchen gewonnen wird, teilweise verdampft, um sie zu konzentrieren. Diese Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung erlaubt die Verwendung von verdünnten wäßrigen Salzsäurelösungen.
• Die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung beinhaltet den Einsatz eines Reaktors in Verbindung mit einer Vorrichtung für die Zuführung des Minerals (Erzes), einer Vorrichtung für die Zuführung der wäßrigen Salzsäurelösung und einer Vorrichtung für die Entnahme der Teilchensuspension, die mit einem mechanischen Abscheider für die Teilchen der Suspension in Verbindung steht, um die wäßrige Eisenchloridlösung freizusetzen.
• Die Erfindung betrifft infolgedessen ebenfalls eine Vorrichtung zur Herstellung von wäßrigen Eisenchloridlösungen, bei welcher der obenerwähnte Reaktor eine vertikale röhrenförmige Umschließung umfaßt, die Vorrichtung für die Zuführung des Minerals(Erzes) einen oberhalb der Umschließung angebrachten Trichter umfaßt die Vorrichtung für die Zuführung der wäßrigen Salzsäurelösung eine in den unteren Teil der Umschließung mündende Leitung umfaßt und die Vorrichtung für die Entnahme der wäßrigen Teilchensuspension eine Leitung umfaßt, die in den oberen Teil der Umschließung mündet und die nach der Umschließung in Verbindung mit einem mechanischen Teilchenabscheider steht, wobei der Abscheider mit der Leitung für die Zuführung der wäßrigen Salzsäurelösung verbunden ist.
• Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung sollen unter unterem Teil und oberem Teil der Umschließung ihre Bereiche verstanden werden, die unterhalb beziehungsweise oberhalb der Mitte ihrer Nutzhöhe liegen, wobei die Nutzhöhe der Umschließung die Füllhöhe mit Mineral(Erz) in der Umschließung bei normalem Betrieb der Vorrichtung ist.
• Der Teilchenabscheider ist nicht kritisch und kann beispielsweise eine Dekantierapparatur, eine Zentrifuge, ein Filter oder eine Kombination dieser Vorrichtungen sein.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt der mechanische Abscheider einen Wasserzyklon und einen Filter, die hintereinander geschaltet sind.
• Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung erlauben es, konzentrierte Eisenchloridlösungen mit einer hohen Produktivität und Ausbeute einfach herzustellen.
• Besonderheiten und Details der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der einzigen Figur der Abbildung im Anhang hervorgehen, die schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt.
• Die in der Figur dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Reaktor 1, der aus einer röhrenförmigen Umschließung 2 besteht, die an ihrem unteren Teil durch eine konische Fläche 3 verlängert ist.
• Die Umschließung 2 ist mit einem Trichter 5 versehen, der zum Befüllen des Reaktors 1 mit Mineral(Erz) verwendet wird.
• Eine Leitung 6 mündet in der Nähe der Verbindungstelle zwischen der Wandung der röhrenförmigen Umschließung 2 und der konischen Fläche 3 in den unteren Teil des Reaktors 1. Sie ist dazu bestimmt, den Reaktor mit wäßriger Salzsäurelösung zu speisen.
• Eine Leitung 7 verbindet den oberen Teil der Umschließung 2 mit einem Wasserzyklon 8. Der Zyklon 8 ist an seinem oberen axialen Teil mit einer Leitung 9 verbunden, die auf einen Filter 10 mündet. Eine Leitung 11 verbindet den unteren Teil des Zyklons 8 mit der Leitung 6.
• Der Filter 10 kann beispielsweise eine Filterpresse oder ein Bandfilter sein. Er ist dazu bestimmt, eine aus dem Zyklon gewonnene wäßrige Suspension zu behandeln, um daraus die unlöslichen Stoffe abzutrennen. Er ist mit der Leitung 6 über eine Leitung 12 und mit einem Verdampfer 13 über eine Leitung 14 verbunden.
• Während dem Betrieb der oben beschriebenen Vorrichtung wird die Umschließung 2 mit einem sortierten Hematitmineral(erz) gespeist, damit ein Bett aus Mineral(Erz)teilchen gebildet wird, dessen Niveau sich in der Nähe oder vorzugsweise oberhalb des Niveaus der Leitung 7 befindet. Außerdem wird eine wäßrige Salzsäurelösung durch die Zufuhrleitung 6 zugegeben.
• Mittels einer nicht dargestellten Pumpe wird die wäßrige Salzsäurelösung veranlaßt, von unten nach oben in der Kammer 2 zu strömen, wo sie das Mineral(Erz)bett durchquert und den Hematit in Eisenchlorid, das in Lösung geht, umwandelt. Die Durchflußmenge der Salzsäurelösung wird reguliert, damit das Mineral(Erz)bett ein Festbett ist. Durch die Entnahmeleitung 7 wird eine wäßrige Eisenchloridlösung gewonnen. Diese schleppt feine Mineral(Erz)teilchen mit, die insbesondere aus dem Abrieb stammen, dem das Mineral(Erz) bei seinem Eintrag in die Umschließung 2 unterworfen ist. Auf diese Weise wird eine Suspension von Mineral(Erz)teilchen in einer wäßrigen Eisenchloridlösung erhalten. Diese Suspension wird über die Leitung 7 in den Wasserzyklon 8 geschickt, wo sich eine Trennung der Mineral(Erz)teilchen von der Eisenchloridlösung vollzieht. Die Mineral(Erz)teilchen werden aus dem Zyklon über die Leitung 11 entnommen und in die Leitung 6 zurückgeführt. Die aus dem Zyklon gewonnene wäßrige Eisenchloridlösung wird über die Leitung 9 auf einen Filter 10 geschickt, um die sehr feinen Mineral(Erz)teilchen, die sie noch enthalten könnte, zu entfernen. Die über den Filter abgetrennten festen Teilchen werden über die Leitung 12 in die Salzsäurelösung zurückgeführt. Die aus dem Filter 10 gewonnene filtrierte Eisenchloridlösung wird in einen Verdampfer 13 geschickt, woraus man eine konzentrierte Eisenchloridlösung 15 und Wasserdampf 16 entnimmt. Der Wasserdampf 16 kann zum Vorheizen der wäßrigen Salzsäurelösung, die in der Leitung 6 strömt, verwendet werden.
• Während der Durchführung des Verfahrens sammelt sich nach und nach die unlöslichen Stoffe des Eisenminerals(erzes) am Boden der konischen Zone 3 an, woraus sie regelmäßig mittels eines Schiebers 17 entnommen werden. Der geeignete Zeitpunkt, um den Schieber 17 zu betätigen und die unlöslichen Stoffe aus dem Reaktor zu entnehmen, kann leicht durch eine Messung der Temperatur, die in der röhrenförmigen Kammer 2 herrscht, bestimmt werden. Ein Abfall der Temperatur unter einen Sollwert bildet tatsächlich eine Anzeige des Zeitpunkts zur Entnahme der unlöslichen Stoffe.

Claims (9)

1 - Verfahren zur Herstellung von wäßrigen Eisenchloridlösungen, bei dem man eine wäßrige Salzsäurelösung durch ein Bett aus Teilchen eines Eisenoxidminerals strömen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß man die wäßrige Salzsäurelösung einer aufsteigenden Zirkulation durch das Bett unterwirft, man aus dem Bett eine Suspension von Mineralteilchen in einer wäßrigen Eisenchloridlösung gewinnt, man die Suspension behandelt, um daraus die Teilchen zu extrahieren, man die Teilchen und die Eisenchloridlösung getrennt gewinnt und man die Teilchen in die wäßrige Salzsäurelösung zurückführt.

2 - Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man, um die Teilchen von der Suspension abzutrennen, diese nacheinander in einem Wasserzyklon und über einen Filter behandelt.

3 - Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenoxidmineral ein Hematit-Mineral ist.

4 - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß man eine wäßrige Salzsäurelösung einsetzt, die mehr als 20 Gewichts-% Salzsäure enthält.

5 - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß man die wäßrige Eisenchloridlösung einer teilweisen Verdampfung unterzieht um sie zu konzentrieren.

6 - Vorrichtung zur Herstellung von wäßrigen Eisenchloridlösungen, die einen Reaktor in Verbindung mit unterschiedlichen Vorrichtungen zur Zuführnng eines Minerals, zur Zuführung einer wäßrigen Lösung und zur Entnahme einer wäßrigen Suspension umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) eine vertikale röhrenförmige Umschließung (2) umfaßt, und dadurch, daß die oben erwähnten Vorrichtungen einen über der Umschließung (2) angeordneten Trichter (5) zur Zuführung des Minerals, eine in den unteren Teil der Umschließung (2) mündende Leitung (6) zur Einführung der wäßrigen Lösung und eine in den oberen Teil der Umschließung (2) mündende Leitung (7) zur Entnahme der wäßrigen Suspension umfassen, wobei die besagte Leitung zur Entnahme (7) nach der Umschließung (2) mit einem Teilchenabscheider (8, 10), der mit der Zufuhrleitung (6) verbunden ist, in Verbindung steht.

7 - Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilchenabscheider einen Wasserzyklon (8), gefolgt von einem Filter (10), umfaßt.

8 - Vorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Teilchenabscheider (8, 10) einen Verdampfer (13) umfaßt.

9 - Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der röhrenförmigen Umschließung (2) mit einer Vorrichtung (17) zur Entnahme unlöslicher Mineralbestandteile versehen ist.